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1、泥岩(风化岩)地区开口桩尖预应力管桩的应用建筑工程陈劲松约2894字摘要:预应力混凝土管桩有着单桩承载力高、桩身耐锤击性好、穿透力强、成桩质量可靠,沉桩后桩长和桩身质量可用直接手段进行监测、造价低、施工速度快,文明施工等特点,这些建筑因此多采用端承型预应力管桩基础。经试验并经实际应用,在泥质岩或全、强风化岩地区,使用端桩承载的开口型桩尖的预应力管桩解决泥岩或全、强风化岩地区固有的遇水软化之缺陷有着较封闭桩尖好的效果。关键词: 开口管桩 闭口桩 施工方法 土塞 桩尖一、前言近年来,高层房屋建筑和规模小区工程不断增多,预应力混凝土管桩有着单桩承载力高、桩身耐锤击性好、穿透力强、成桩质量可靠,沉桩后
2、桩长和桩身质量可用直接手段进行监测、造价低、施工速度快,文明施工等特点,这些建筑因此多采用端承型预应力管桩基础,但在泥质岩类或全、强风化岩地区,因泥质岩或全、强风化岩遇水极易软化之特性,再受到地下饱和土岩的超孔隙水压力的顶托,使得较多工程基桩承载力达不到设计的要求,对于在多雨季节施工的桩,其桩端泥岩遇水软化的影响就更大。因此,普遍的基桩都要进行二次复压、复打、设计降低承载力等并进行二次基桩的检测,浪费了大量的人力、物力和财力,延误了工期。如果能有效的避免或减少泥岩或全、强风化岩遇水软化这一难题,无论是从技术还是经济上对在泥岩或全、强风化岩地区采用预应力管桩基础都有着非常重要和非常实际的意义。经
3、试验并经实际应用,开口桩尖(平口桩尖)预应力管桩解决泥岩或全、强风化岩地区固有的遇水软化之缺陷有着较封闭桩尖好的效果。二、泥岩概述泥岩、砂质泥岩、泥质砂岩、砂岩及页岩等沉积岩类的岩石均称做泥岩。现就广泛分部于某区的泥质粉砂岩进行概述。由于泥岩抗风化能力差异较大,按其风化程度可分为:1、全风化泥质粉砂岩,属中硬土,其标贯击数在30-40击。2、强风化泥质粉砂岩,属中硬土,其标贯击数在50-60击。3、中风化泥质粉砂岩,岩质软,原结构部分破坏,岩体较破碎,裂隙较发育,岩芯多呈块状、扁柱状,部分短柱状,锤击易碎落,属坚硬土,岩石抗压强度一般在3000-4000kPa。4、微风化泥质粉砂岩,.属坚硬土
4、,岩石抗压强度一般在8000-9000kPa。从上述泥质砂岩的风化程度看出,由于岩体组分及岩石风化程度的差异,在风化岩中常出现软硬不一的现象。全风化岩有浸水软化崩解的特征,预制管桩可较易进入或穿透该层;强风化岩也有浸水软化崩解的特征,但因未完全风化,局部夹中风化硬值岩块,因此预制桩可进入但较难穿过该层;中、微风化岩则有着风干失水易龟裂,强度降低等的特点,预制管桩很难或者说基本不能进入该层。对于纯泥岩来说其遇水软化的特性就更加明显。三、开口桩(靴)入土机理3.1、预应力管桩的施工方法目前,预应力管桩的施工主要有静压和锤击法两种,不论是采用何种施工方法,其目的是利用外力克服桩的贯入阻力,包括克服桩
5、端阻力、桩侧摩阻力和在饱和土岩中出现的超静水孔隙水压力等,将预应力管打入或压入设计所要求的土岩层中。预应力开口管桩与闭口桩的施工工艺是相同的,以某工程为例,其施工工艺如下:(1) 定位放线根据业主提供的座标及标高(水准点),测放出桩位图中主轴线的位置,实地测设桩位,用8短钢筋钉牢作样桩,并进行相应保护措施。(2) 桩的起吊、搬运和堆放本工程为外购商品管桩,供方运到现场进行验收合格,安排吊卸桩。堆放时,地面平整坚实,支点垫木放在吊点位置,各层垫木在同一直线上;堆放层数为13层。(3) 静压桩施工方法a.沉桩机械选择根据设计要求桩承载力及桩身规格、桩身长度等情况,依据工程设计需要及现场施工经验,确
6、定本工程将使用YZY500T静压桩机进行压桩施工,根据设计参数压桩力为1000kN左右,施工时以标高控制为主。b.沉桩方法及质量控制压桩前,复查一次桩的轴线和桩位样桩,保证其准确性;在桩位图上对每根桩按承台号再编号,做为施工、记录、检测、复核、存档的依据。压桩机喂桩时,采用桩机自身吊桩,吊桩索具采用单点吊(吊距桩头0.29L)。压桩时,施工班派2人负责控制桩尖对准桩位中心,用两台经纬仪,在两个方向控制桩身的垂直度,用一台水平仪控制桩的入土深度。当第一节桩,桩尖(开口桩)定位准确、桩身垂直、各项准备工作就位后即可压桩,压时桩吊车松钩,压桩帽压牢固后,将桩徐徐压入土中1.52m,再精心校正桩身垂直
7、度(压桩机机身作水平调整),当机身与桩呈平衡垂直状态后即可继续加压现桩,压机过程中,按主液压缸的压力表读数作为施工记录和判断单桩承载能力的依据。本工程桩长为36m,设计为三节桩,采用电焊接桩。当下节桩沉至地面以上70cm时即可停压,吊装中节桩,桩身上下一致进行对接,并进行桩身垂直度精调,精调合格后,进行点焊,较大缝隙应加垫铁和铁楔,然后进行时对称焊接,焊接时应保持连续饱满,无夹渣,气孔、漏焊等现象,施焊结束,凿除清理焊渣后,再进行压桩施工,直至地面后再用送桩器压至设计桩顶标高。需送桩时,利用送桩杆,送到设计桩顶标高,并记录最后压力表读数。沉桩时机身水平调整,桩身垂直度校正,桩帽和桩中心轴控制在
8、同一中心轴线上。3.2 预应力开口管桩在沉桩过程中,与闭口桩不同的是,桩端土受挤压后有一部分土进入桩管内形成“土芯”,另一部分土将被挤向桩周.随沉桩的继续深入,沉入管内的土芯不断增高,当达到一定高度后,由于管桩内壁与土芯间的摩阻力作用,产生封闭效应,即形成“土塞”.所以开口桩的侧摩阻分为两部分,即桩外侧摩阻力和桩内侧摩阻力开口桩随沉降增大,部分桩底土进入管内,形成土塞.其受力性状表现为桩侧摩阻力随桩沉降逐步发挥,而管桩沉降引起桩端阻力发挥,但因开口桩桩端截面面积较小,端阻力也比较小.此时,管内土塞摩阻力也开始发挥作用,其摩阻力仅为桩侧摩阻力的25%左右.桩侧摩阻力达到极限值后,桩端阻力也随即达
9、到极限值.土塞形成稳定后其受力与闭口桩无异,故在确定单桩承载力时将开口桩按闭口桩考虑。四、开口型桩尖的优势在泥质岩或全、强风化岩地区,使用端桩承载的开口型桩尖的管桩其优势在于1、上部挤土作用明显减少,减少了因挤土效应带来的基桩上浮、斜桩和断桩,特别是减少了对临近建筑物的危害;2、削弱了土体特别是饱和黏性土主要是桩入土1/3长这一段的超静水空隙水压力,较为真实的反映静力压桩的压桩力和锤击力;3、减少因静水空隙水压力过大产生的桩身拉应力-断桩;4、相对封闭桩尖来说基桩入土深度会更深些,因开口管桩与闭口管桩桩端截面形式不同,在达到极限承载力之前,闭口管桩沉降仅为敞口管桩沉降的30%50%.一般可穿过全风化进入强风化岩层。参考文献:1董志培.静压预应力管桩施工过程中应注意的问题J.广东建材,2004(5):4748.2李韬,高大钊.开口管桩压入法沉桩土塞效应机理分析J.地质与勘察,2003,39(增刊):273275.3施建军.预应力混凝土管桩应用技术J.建材技术与应用,2003(2):2527.